Rayos gamma de energía sin precedentes se extienden por la Vía Láctea

Distribución de los rayos gamma de energía ultra alta (puntos amarillos) detectados por el experimento Tibet AS gamma en el sistema de coordenadas galácticas. - NASA GODDARD

   MADRID, 5 Abr. (EUROPA PRESS) -

   El experimento Tibet AS gamma, un proyecto conjunto China-Japón sobre observación de rayos cósmicos, ha descubierto rayos gamma difusos de energía ultra alta de la galaxia Vía Láctea.

   Se estima que la energía más alta detectada es sin precedentes, casi 1 Peta electronvoltio (PeV, o un millón de billones de eV). Sorprendentemente, estos rayos gamma no apuntan a fuentes conocidas de rayos gamma de alta energía, sino que se extienden por la Vía Láctea.

   Los científicos creen que estos rayos gamma son producidos por la interacción nuclear entre los rayos cósmicos que escapan de las fuentes galácticas más poderosas ("PeVatrons") y el gas interestelar en la galaxia Vía Láctea. Esta evidencia de observación marca un hito importante al revelar el origen de los rayos cósmicos, que ha desconcertado a la humanidad durante más de un siglo.

   Los rayos cósmicos son partículas de alta energía del espacio exterior que se componen principalmente de protones y núcleos, así como una pequeña cantidad de electrones / positrones y rayos gamma. Se cree que los rayos cósmicos por debajo de unos pocos PeV se producen en nuestra galaxia, la Vía Láctea, y una fuente que puede acelerar los rayos cósmicos hasta la energía de PeV se llama PeVatron.

   Aunque se sugiere que los remanentes de supernovas, las regiones de formación de estrellas y el agujero negro supermasivo en el centro galáctico son candidatos a PeVatrones, ninguno ha sido identificado observacionalmente todavía, principalmente porque la mayoría de los rayos cósmicos tienen una carga eléctrica y perderán su dirección original cuando se propaguen en la Vía Láctea, así como ser doblada por el campo magnético.

   Sin embargo, los rayos cósmicos pueden interactuar con el medio interestelar cerca de su lugar de aceleración y producir rayos gamma con aproximadamente el 10% de la energía de sus rayos cósmicos originales. Dado que el campo magnético no puede cambiar la dirección de los rayos gamma eléctricamente neutros, los rayos gamma de energía ultra alta (0,1-1 PeV) pueden indicarnos dónde se encuentran los PeVatrones en la Vía Láctea.

   El experimento Tibet AS gamma se inició en 1990. Después de varias expansiones, el conjunto consta de más de 500 detectores de radiación distribuidos en unos 65.000 metros cuadrados. Para mejorar su sensibilidad a las observaciones de rayos gamma, en 2014 se agregaron nuevos detectores de muones de agua tipo Cherenkov con un área efectiva total de 3.400 m2 debajo de los detectores de rayos cósmicos de superficie existentes.

   Dado que los eventos de rayos gamma son pobres en muones y los eventos de protones / núcleos dominantes son ricos en muones, esta característica se puede utilizar para suprimir el fondo inducido por los eventos de protones / núcleos. Usando esta técnica, el experimento Tíbet AS gamma redujo con éxito los eventos de fondo protón / núcleo a una millonésima, la más eficiente jamás realizada en este tipo de experimento. Por lo tanto, se pueden detectar rayos gamma de energía ultra alta casi libres de eventos de fondo de rayos cósmicos, informa la Academia de Ciencias de China.

   Los científicos del experimento Tíbet AS gamma observaron rayos gamma con energías entre aproximadamente 0,1 y 1 PeV procedentes de las regiones del disco galáctico. Específicamente, encontraron 23 rayos gamma cósmicos de energía ultra alta con energías superiores a 398 TeV a lo largo de la Vía Láctea. De estos, la energía más alta observada fue de casi 1 PeV, que es un nuevo récord mundial de fotones de rayos gamma detectados en cualquier lugar.

   Sorprendentemente, estos rayos gamma no apuntan a las fuentes de rayos gamma de alta energía más poderosas que se conocen, ¡sino que se extienden a lo largo de la Vía Láctea! Los científicos pronto notaron que estos rayos gamma probablemente se originaron a partir de la interacción de los rayos cósmicos PeV y el medio interestelar después de que escaparon de las fuentes de aceleración (PeVatrons). Este proceso, conocido como "origen hadrónico", produce rayos gamma con energías de aproximadamente una décima parte de la de sus rayos cósmicos progenitores a través de la producción y posterior desintegración de piones neutros.

   Estos rayos gamma difusos apuntan a la omnipresente existencia de poderosos aceleradores de partículas cósmicas (PeVatrons) dentro de la Vía Láctea. En otras palabras, si existieran los PeVatrones, los rayos cósmicos que emiten penetrarían la galaxia, produciendo un resplandor difuso de rayos gamma de energías extremas. Eso es precisamente lo que han descubierto los científicos del experimento Tibet AS gamma. Este es un descubrimiento largamente esperado durante décadas, que proporciona evidencia inequívoca de la existencia de PeVatrons en el pasado y / o ahora en nuestra galaxia, la Vía Láctea.

   Hace dos años, los científicos del experimento Tibet AS gamma encontraron rayos gamma extremadamente energéticos de la Nebulosa del Cangrejo, una nebulosa de viento púlsar en la Vía Láctea. Esos rayos gamma probablemente se produjeron de una manera diferente, como por electrones / positrones de alta energía en la nebulosa, un proceso llamado "origen leptónico".